第七章高尔基复合体与细胞分泌

1第四节高尔基复合体与细胞分泌名词解释：潴泡高尔基复合体cis网Trans网连续分泌不连续分泌分拣作用N-连接寡糖(N-linkedoligosaccharides)、O-连接寡糖(O-linkedoligosaccharides)一、高尔基复合体的形态结构高尔基体顺面的网络结构（cisGolginetwork，CGN），是高尔基体的入口区域，接受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。高尔基体中间膜囊（medialGdgi），多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。高尔基体反面的网络结构（transGolginetwork，TGN），由反面一侧的囊泡和网管组成，是高尔基体的出口区域，功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输出。电子显微镜下看到的高尔基器由光滑膜组成，其显著特征是：由扁囊堆叠而成，一般由3—8个扁囊构成，每个扁囊有一底部，边缘垅起象一摞碟子。扁囊内充满无定形或颗粒状内含物。在腺体细肌中，高尔基体有明显的极性，靠近细胞核的一面为顺面扁囊群，代号CGN，它的扁囊弯曲凸起，又称凸面或形成面；面向细胞膜的一面，为反面扁囊群，代号TGN，它的扁囊凹陷，又称凹面或成熟面；顺反面中间为中间扁囊群，代号MGN。顺面扁囊（CGN）可接受来自内质网新合成的物质，并将其分类后大部分转入高尔基体的中间扁囊，小部分蛋白与脂类再返回内质网，返回内质网的蛋白质具有特定的信号序列－—KDEL（赖一天冬一谷一亮），它是留驻在内网质内蛋白的特有序列。中间扁囊（MGN）主要是进行糖的合成与修饰，大多数糖基化修饰，糖脂形成及多糖合成都在中间扁囊完成。反面扁囊（TGN）的主要功能是参与蛋白质分类与包装，最后再将蛋白质从高尔基体中运出。从CGN→MGN→TGN是一条高度有序的流水作业线，CGN接受分选半成品，再转给MGN加工修饰，然后将产品转给TGN，最后由TGN分类包装后运出。因此由顺面→反面，逐一推进，渐次发展，每一特征性扁囊都有不同的酶系统，催化不同的酶促反应，完成不同的功能。在高尔基体周缘还有一些大小不等的囊泡。现已确定，小囊泡来源于内质网，由糙面或连续的光面内质网出芽形成的，小囊泡运动到CGN经识别与高尔基体CGN融合；反面一侧的大囊泡是经高尔基体扁囊群加工修饰再通过TGN出芽被包装形成的，小囊泡膜厚6.0-6.5nm2与内质网膜相近，大囊泡膜厚7.5-8.5nm与质膜相近。因此，从内质网→高尔基体→质膜的过程中，囊膜在逐渐地加厚，囊中成分也在逐渐的更新。一、高尔基复合体的形态、大小和分布均有很大的差异。二、在大多数脊椎动物细胞中，高尔基复合体为复杂的网状结构。三、在三维空间上，由一摞封闭的紧密叠置在一起的碟形膜围扁囊构成。高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：①嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的cis面膜囊被特异地染色；②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的trans面的1～2层膜囊；③烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的细胞化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；④胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)的细胞化学反应，常常可显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌产生的。一、嗜锇反应区顺面潴泡标志二、烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)反应区中间层潴泡标志三、胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)反应区成熟面潴泡标志四、硫胺素焦磷酸酶(TPP酶)反应区反面潴泡标志高尔基池中含有的寡糖链加工酶：甘露糖转移酶N-乙酰半乳糖转移酶N-乙酰葡萄糖胺转移酶岩藻糖转移酶半乳糖转移酶唾液酸转移酶二、高尔基复合体的功能一、分泌作用细胞中具有分泌作用的细胞器较多，起主导作用的是高尔基体。20世纪70年代卡罗（Caro）以豚鼠的胰脏腺泡细胞为材料，用3H-亮氨酸进行脉冲标记，发现标记3min后放射自显影的银粒在内质网中，20min后银粒主要出现在高尔基体中，120min后位于分泌囊泡并开始从腺泡细胞顶端释放。该实验说明分泌蛋白从内质网到高尔基体的合成与转运途径。其分泌过程为：ER→出芽→小囊泡→运动→CGN→鉴别→分选→MGN→修饰加工→浓缩→包装→TGN→出芽→大囊泡→运动→质膜→外排3酶原颗粒的形成（酶原颗粒的形成顺序：）；连续分泌(continuoussecretion)；不连续分泌(discontinuoussecretion)；蛋白质分拣(sorting)作用内质网驻留蛋白的回运机制：2．对分泌部的修饰加工1）．切割某些蛋白前体物质需经过切割才能变成成熟分子。例如胰岛素在糙面内质网含成后，有A—B—C三个片段，进入高尔基体后期，C段切掉，再由囊泡运出细胞。胰高血糖素、血清蛋白也需要切除一段序列后才有活性。2）．羟基化羟基化发生在内质网或高尔基体上，通常苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸、脯氨酸很容易发生羟基化，羟化的氨基酸残基有助于链间氢键的形成，稳定蛋白质结构。3）．甲基化氨基酸加上甲基具有稳定蛋白质结构的作用。4）．酰基化5）．糖基化糖基化是高尔基体进行的一种最重要的修饰加工方式。经高尔基体分泌产生的蛋白（水解酶、膜蛋白、分泌蛋白）绝大多数是糖蛋白，这些蛋白通常是在内质网合成蛋白后，又在内质网或高尔基体中发生的糖基化。蛋白质糖基化的意义：①使蛋白质折叠成正确构象，用抗生素阻断蛋白质糖基化，可使内质网合成的IgG抗体，由于缺少糖基侧链不能正确折叠而被滞留在内质网中；②增加蛋白的稳定性；③为蛋白质作标记。在内质网和高尔基体中，蛋白质连接寡糖链的方式有二种：①N-连接由糖基转移酶将多萜醇的寡糖链转移到蛋白质上形成蛋白质──寡糖链，寡糖链连接连在蛋白质Asn（天门冬酰胺）侧链的氨基因N原子上。研究表明新形成的糖蛋白具有相同的糖链，它是一个由14个残糖基形成的寡糖链，其中有2个N-乙酰葡萄糖胺，9个甘露糖及3个葡萄糖，在内质网腔中这3个葡糖会很快被除去，剩下2个乙酰葡萄糖胺和9个甘露糖。如果糖蛋白去溶酶体就全切去大多数甘露糖，再加上N-乙酰半乳糖；如果糖蛋白分泌到质膜出胞，则保留大多数甘露糖，切掉少部分甘露糖，再加上半乳糖及唾液酸。通常修饰到最后剩下2个乙酰葡萄糖胺和3个甘露糖。4糖的供体为核苷糖(nucleotidesugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolicholphosphate）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。②．O-连接O-连接是在羟基化的基础上，由糖基转移酶催化，使蛋白质上酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸侧链的羟基与寡糖共价结合形成O-连接的寡糖糖蛋白。6）．磷酸化溶酶体中有几十种酸性水解酶，这些酶需要进行磷酸化，带上磷酸基，蛋白质和酶的磷酸化与去磷酸化是一个重要的生化过程，它是一种分子开关，控制着某些主要酶的活化与钝化。7）．硫酸化硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖，在高尔基体中，许多蛋白聚糖、氨基聚糖要发生硫酸化作用，在酶的催化下，将3-磷酸酰苷-5-磷酸硫酸的硫酸根转移到肽链的酪氨酸的羟基上。通过二硫键可以稳定蛋白的结构。3．合成多糖及糖蛋白示踪试验证明，高尔基体是多糖和糖蛋白的合成场所及分泌场所，例如动物上皮细胞、软骨细胞分泌的糖被、粘多糖来自高尔基体，植物细胞分泌的纤维素、果胶质也是在高尔基体中合成的。4．对细胞壁形成与加厚的作用植物细胞壁形成时由高尔基体、内质网小泡将果胶质、糖蛋白运至细胞中央，排列在赤道板上构成成膜体，再形成细胞板。细胞壁加厚时，高尔基体小泡将内含物排放在细胞质膜外，积累在质膜与细胞壁之间，并产生一种酶使细胞壁、内含物溶解，细胞壁由此加厚。二、蛋白质和脂类的糖基化1、蛋白质的糖基化修饰主要在糙面内质网和高尔基复合体中进行2、N-连接寡糖(N-linkedoligosaccharides)、O-连接寡糖(O-linkedoligosaccharides)3、蛋白质糖基化有多种作用：①保护蛋白质不被水解酶降解；②起运输信号作用，引导蛋白质被包装到运输泡中，抵达目的细胞器；③在细胞表面形成糖萼，其细胞识别和保护5质膜的作用。高尔基复合体对糖蛋白添加糖链的加工过程:三、蛋白质的加工改造加工方式可分为以下三种类型1、直接酶解切除新生蛋白原中的N-端或中间或两端的氨基酸序列,使之成为具有生物活性的蛋白质，如胰岛素和血清蛋白等；2、新生蛋白原中含有多个氨基酸序列相同的区段,经酶解加工后,形成多个序列相同的具有活性的多肽链,如神经肽等;3、新生蛋白原中含有数种不同的信号序列,经过不同的加工方式,可形成多种不同的活性多肽链，同时增加了分子的多样性四、细胞内的膜泡运输1、从内质网向高尔基复合体的膜泡运输2、分泌小泡的外排运输分泌小泡的运输主要有三条途径：3、内吞小泡的运输五、膜的转化高尔基体是细胞内大分子运输的一个重要交通枢纽。它的主要功能是将内质网含成的各种蛋白进行加工、分类、包装，然后把它们运到胞外或细胞的特定部位。1．分泌作用细胞中具有分泌作用的细胞器较多，起主导作用的是高尔基体。20世纪70年代卡罗（Caro）以豚鼠的胰脏腺泡细胞为材料，用3H-亮氨酸进行脉冲标记，发现标记3min后放射自显影的银粒在内质网中，20min后银粒主要出现在高尔基体中，120min后位于分泌囊泡并开始从腺泡细胞顶端释放。该实验说明分泌蛋白从内质网到高尔基体的合成与转运途径。其分泌过程为：ER→出芽→小囊泡→运动→CGN→鉴别→分选→MGN→修饰加工→浓缩→包装→TGN→出芽→大囊泡→运动→质膜→外排2．对分泌部的修饰加工1）．切割某些蛋白前体物质需经过切割才能变成成熟分子。例如胰岛素在糙面内质网含成后，有A—B—C三个片段，进入高尔基体后期，C段切掉，再由囊泡运出细胞。胰高血糖素、血清蛋白也需要切除一段序列后才有活性。62）．羟基化羟基化发生在内质网或高尔基体上，通常苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸、脯氨酸很容易发生羟基化，羟化的氨基酸残基有助于链间氢键的形成，稳定蛋白质结构。3）．甲基化氨基酸加上甲基具有稳定蛋白质结构的作用。4）．酰基化5）．糖基化糖基化是高尔基体进行的一种最重要的修饰加工方式。经高尔基体分泌产生的蛋白（水解酶、膜蛋白、分泌蛋白）绝大多数是糖蛋白，这些蛋白通常是在内质网合成蛋白后，又在内质网或高尔基体中发生的糖基化。蛋白质糖基化的意义：①使蛋白质折叠成正确构象，用抗生素阻断蛋白质糖基化，可使内质网合成的IgG抗体，由于缺少糖基侧链不能正确折叠而被滞留在内质网中；②增加蛋白的稳定性；③为蛋白质作标记。在内质网和高尔基体中，蛋白质连接寡糖链的方式有二种：①N-连接由糖基转移酶将多萜醇的寡糖链转移到蛋白质上形成蛋白质──寡糖链，寡糖链连接连在蛋白质Asn（天门冬酰胺）侧链的氨基因N原子上。研究表明新形成的糖蛋白具有相同的糖链，它是一个由14个残糖基形成的寡糖链，其中有2个N-乙酰葡萄糖胺，9个甘露糖及3个葡萄糖，在内质网腔中这3个葡糖会很快被除去，剩下2个乙酰葡萄糖胺和9个甘露糖。如果糖蛋白去溶酶体就全切去大多数甘露糖，再加上N-乙酰半乳糖；如果糖蛋白分泌到质膜出胞，则保留大多数甘露糖，切掉少部分甘露糖，再加上半乳糖及唾液酸。通常修饰到最后剩下2个乙酰葡萄糖胺和3个甘露糖。②．O-连接O-连接是在羟基化的基础上，由糖基转移酶催化，使蛋白质上酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸侧链的羟基与寡糖共价结合形成O-连接的寡糖糖蛋白。6）．磷酸化溶酶体中有几十种酸性水解酶，这些酶需要进行磷酸化，带上磷酸基，蛋白质和酶的磷7酸化与去磷酸化是一个重要的生化过程，它是一种分子开关，控制着某些主要酶的活化与钝化。7）．硫酸化硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖，在高尔基体中，许多蛋白聚糖、氨基聚糖要发生硫酸化作用，在酶的催化下，将3-磷酸酰苷-5-磷酸硫酸的硫酸根转移到肽链的酪氨酸的羟基上。通过二硫键可以稳定蛋白的结构。3．合成多糖及糖蛋白示踪试验证明，高尔基体是多糖和糖蛋白的合成场所及分泌场所，例如动物上皮细胞、软